[논문]공동주택의 전기자동차 보급예측에 의한 충전설비 계획에 관한 연구

장성규; 허재선; 조성민; 신희상; 김재철

doi:10.5207/jieie.2010.24.10.114

공동주택의 전기자동차 보급예측에 의한 충전설비 계획에 관한 연구
The Study on Planning of EV Charging Facilities using Prevalence Estimates of EV in the Public Housing 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.10, 2010년, pp.114 - 122

장성규 ((주)하이텍이피씨) , 허재선 (숭실대 대학원) , 조성민 (숭실대 대학원 전기공학과) , 신희상 (숭실대 대학원 전기공학과) , 김재철 (숭실대학교 전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Today, effort to reduce greenhouse gas emissions is to be strengthened worldwide. And environment-friendly vehicle is being magnified because of energy saving and minimization of environmental pollution. In the future, the construction of EV charging facilities will be needed for Prevalence of EV in the Public Housing. So in this paper, we survey and analyze data of power usage and owned vehicles on the existing public housing according to season, day and time. And, we reviewed appropriate configuration ratio according to three kind of case. Besides, we calculate Prevalence Estimates of EV and utilization factor based on analysis result. And finally, we try to study for case model.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

차량운전자가 충전을 하고 나서 차량을 바로 이동한다면 1대 충전기로도 여러 대 전기자동차를 충전할 수 있을 것이다. 그러나 사용자의 의식에 따라서 달라질 것이다, 그러므로 표 4에서는 적정이용가능성을 검토하여 이용률 적용 시 활용하고자 한다.
충전인프라는 전기자동차 충전을 위한 충전설비로는 급속, 완속 또는 홈충전기가 있으며 전력요금 과금을 위한 소프트웨어, 각종 통신, 계측 및 인식시스템 등으로 구성한다. 모델아파트에서 전기자동차 충전설비 구축을 위하여 충전기기별 적정이용률을 예측 산정하고자 한다. 또한 시기(시장 도입기, 보급 확대기)를 구분, 적정 증가율을 검토하였다.
본 연구에서는 공동주택의 계절별, 요일별, 시간대별 입고현황을 조사 분석하였고 전기자동차 보급 확산이 원활하지 못 할 경우, 보급 확산이 원활할 경우 및 아주 원활할 경우를 가정하고 이에 따라 합리적인 충전설비를 산출하고 분석하였다.
본 연구에서는 공동주택의 전기자동차 도입 시 충전기 이용률을 고려한 합리적인 충전설비를 구축하고자 계절별, 요일별, 시간대별 차량입고현황을 조사 분석하였으며 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
전기자동차 충전설비를 1일 사용횟수를 기준으로 이용률을 예측 산출하고자 한다. 차량운전자가 충전을 하고 나서 차량을 바로 이동한다면 1대 충전기로도 여러 대 전기자동차를 충전할 수 있을 것이다.

가설 설정

그러나 완속 충전기의 경우 1회 충전 시간은 6시간으로 충전 후 충전된 차량이 이동하여야만 충전기를 사용할 수 있다. 그러므로 전체 완속충전기는 1일 평균1.5회 이용 가능할 것으로 예측 1일 9시간정도 사용가능할 것으로 가정 하였다[7]
우선적으로 전기자동차 보급추이를 살펴보아야 할 것이다. 보급 확산이 원활하지 못 할 경우, 보급 확산이 원활할 경우 및 보급 확산이 아주 원활할 경우 3가지를 가정하여 표 3에서 살펴보았다. 표 4에서는 충전설비별 1일 이용률을 적정하게 적용하기 위하여 이용률을 살펴보았다.

제안 방법

다음은 충전설비 구성 시 전기자동차 도입기(2010∼2015년)와 확대기(2016∼2020년)를 구분하여 시기별 적정한 증가율로 충전설비를 구성하여야 할 것이다. 그러므로 전기자동차 증가 비율을 고려 적정 충전 설비 구성을 위하여 다음의 3가지 case로 증가율을 검토 산출하여 보았다. 증가율의 의미는 전기자동차 보급증가에 따른 적정한 수량의 충전설비 설치를 위하여 전기차량 증가대수에 향후 보급 확산을 고려하여 적정 배수를 곱하는 것을 의미한다.
모델아파트에서 전기자동차 충전설비 구축을 위하여 충전기기별 적정이용률을 예측 산정하고자 한다. 또한 시기(시장 도입기, 보급 확대기)를 구분, 적정 증가율을 검토하였다. 적정 대수의 충전설비를 설치하고자 다음 각각의 경우를 검토 한다.
서울시내에 소재한 공동주택 모델 아파트에 설치된 주차관제시스템에 저장된 데이터를 다운받아 이를 바탕으로 일정 기간을 선정 계절별, 요일별 및 시간대별 입고 현황을 조사 분석하였다. 분석결과 각 계절별, 요일별, 시간별 특성은 같으며 본 연구에서는 여름과 겨울철의 데이터를 기준으로 분석하였다.
서울시내에 소재한 공동주택 모델 아파트에 설치된 주차관제시스템에 저장된 데이터를 다운받아 이를 바탕으로 일정 기간을 선정 계절별, 요일별 및 시간대별 입고 현황을 조사 분석하였다. 분석결과 각 계절별, 요일별, 시간별 특성은 같으며 본 연구에서는 여름과 겨울철의 데이터를 기준으로 분석하였다.
2010년 4월 30일 현재 모델 아파트의 보유차량 598대를 기준으로 일반차량 증가율에서 일부 전기자동차가 증가할 것으로 예상하였다. 전기자동차 증가추이는 국토해양부 발표 자료를 기준으로 전기자동차의 보급 확산 증가율을 매년 0.5[%]씩 증가(:보급 확산이 원활하지 못 할 경우)와 매년 1.0[%]씩 증가(:보급 확산이 원활할 경우) 및 매년 2.0[%]씩 증가(:보급 확산이 아주 원활할 경우) 각각의 경우를 가정하여 전기자동차의 보급량을 표 3에서 산출하였다. 전기자동차 보급 확산이 원활하지 못할 경우 연차적으로 증가 10년 후인 2010년에는 누적대수 32대로 전체보유차량의 4.

대상 데이터

본 연구에서 조사대상 모델 공동주택은 서울시내에 소재한 7개동 564세대로 구성된 아파트이며, 이 아파트의 1년 동안 차량 입고현황을 기준으로 계절별, 요일별, 시간대별로 조사 분석하였다. 조사대상 모델 아파트의 전반적인 개요는 표 1과 같다.
전기자동차 충전인프라라는 전원인프라와 충전인프라로 구성된다. 공동주택에서 전원인프라는 전기실 수전설비에서 주차장의 충전설비까지의 전력공급을 위한 간선 및 판넬 등으로 구성된다.

성능/효과

1) 계절별, 요일별, 시간대별 차량입고현황은 오후 5시 이후 서서히 증가하여 오후 7시에는 가장 많은 차량이 입고되고 있음을 알 수 있었다. 따라서 전기자동차의 충전은 입고되는 시간부터 충전이 이루어 질 것으로 본다.
2) 공동주택의 전기자동차 충전설비 구축을 위한 데이터가 전무한 실정으로 충전기기별 1일 이용률을 예측하였다. 전기자동차 도입시기별로 3가지 case를 검토한 결과 도입기 2배, 보급확대기 1.
3) 향후 모델 아파트에 전기자동차 보급시 보급 확산이 원활할 경우 연차적으로 증가하여 2020년에는 충전기부하는 완속충전기 77대로 전력용량은 현 수전설비용량의 50[%]정도 부하가 증가될 것으로 예측된다. 보급 확산이 아주 원활할 경우에는 연차적으로 증가하여 2020년에는 충전기부하는 완속충전기 132대 급속충전기는 1대로서 전력 용량은 현 수전설비 용량의 90[%]정도 부하가 증가될 것으로 예측된다.
case 2(도입기 3배, 확대기 2배)의 경우는 아래의 표 5에서 보는 바와 같이 보급 확산이 원활할 경우 2020년에 전기자동차 증가 누적대수는 64대 비하여 충전기 누적대수는 158대로서 2.47배의 충전설비가 구성되어 상당히 과투자 되어 설치됨을 알 수 있다. 보급 확산이 아주 원활할 경우 표 6에서 보는 바와 같이 2020년에 전기자동차 증가 누적대수는 128대 비하여 충전기 누적대수는 315대로서 2.
식 (1)을 이용하여 표 7, 8과 같이 1일 이용률을 계산하여 충전기기를 산출하였다. 그 결과, 보급확산이 원활할 경우 2020년도까지 모델 아파트의 전기자동차 충전설비로서 완속충전기는 77대를 설치하면 적정할 것으로 판단된다.
그림 3은 모델 아파트의 겨울철 요일별 1일 차량입고현황을 나타낸 것이며 겨울철은 월～금요일까지 차량 입고 현황은 오후 5시 이후 서서히 증가하기 시작하여 일반적으로 퇴근이후 집에 도착 예정시각인 오후 7시에는 가장 많은 차량이 입고하고 있음을 알 수 있으며 자정 이후 오전 6시까지는 소수의 차량만이 입고함을 알 수 있으며 휴일인 토요일, 일요일은 평일에 비해 낮 시간대에도 많은 차량이 출입되고 있는 것으로 분석되었다.
적정대수의 충전설비를 설치하는 것은 사용자 이용에 불편이 없을 뿐더러 고가의 충전기를 과투자 하는 일이 없을 것으로 보인다. 급속충전기의 경우는 1회 충전시간이 30분으로 급한 용무가 있는 사람이 사용할 것이므로 충전 후 곧 바로 충전설비에서 이동할 것으로 추측되므로 최소 1일 12시간은 사용가능할 것으로 예측하였다. 그러나 완속 충전기의 경우 1회 충전 시간은 6시간으로 충전 후 충전된 차량이 이동하여야만 충전기를 사용할 수 있다.
2) 공동주택의 전기자동차 충전설비 구축을 위한 데이터가 전무한 실정으로 충전기기별 1일 이용률을 예측하였다. 전기자동차 도입시기별로 3가지 case를 검토한 결과 도입기 2배, 보급확대기 1.5배가 적정하다고 판단 이용률을 고려한 충전설비를 산출하였다. 충전설비 구축은 전기자동차 보급추이와 맞물려 적정하게 보급 설치되어야 하는 바 이의 신중한 검토가 요구된다.

후속연구

만약 7시대부터 자동차 충전이 이루어진다면 전력사용량이 가장 많은 저녁 9시에는 peak가 걸릴 것이다. 그러므로 peak 조정을 위한다면 자정 이후 오전 6시까지 충전이 이루어져야 할 것이므로 향후 스마트그리드에 의한 사용시간대별 사용전력요금이 달라질 것으로 예측되므로 충전기기 역시 충전하고자 하는 시간대의 조정이 가능한 충전기기가 생산되어져야 할 것이다.(현재 시중생산품은 시간대 조정이 불가능함.
다음은 충전설비 구성 시 전기자동차 도입기(2010∼2015년)와 확대기(2016∼2020년)를 구분하여 시기별 적정한 증가율로 충전설비를 구성하여야 할 것이다.
충전기부하의 수용률 및 부등률을 얼마로 적용할 것인지? 전력공급설비를 연차적으로 어떻게 시설할 것인지? 충전은 어떤 시간대에 충전할 것인지? 이에 대한 향후 연구가 이루어져야 할 것이다. 또한 빠른 시일에 스마트그리드가 형성되어 소비자가 전기요금이 저렴한 시간대를 선택하여 충전할 수 있도록 하여야 할 것이며 이에 따라 적정한 충전기기의 개발과 보급이 이루어져야 할 것이다.
전원인프라 구성시는 여러 가지 요소를 검토하여야 한다. 충전기부하의 수용률 및 부등률을 얼마로 적용할 것인지? 전력공급설비를 연차적으로 어떻게 시설할 것인지? 충전은 어떤 시간대에 충전할 것인지? 이에 대한 향후 연구가 이루어져야 할 것이다. 또한 빠른 시일에 스마트그리드가 형성되어 소비자가 전기요금이 저렴한 시간대를 선택하여 충전할 수 있도록 하여야 할 것이며 이에 따라 적정한 충전기기의 개발과 보급이 이루어져야 할 것이다.
자동차 기술은 탈석유화를 위한 진화과정을 거치고 있다. 자동차의 진화과정을 화석연료 의존도와 전기화를 기준으로 비교하면 석유에 전적으로 의존하는 내연기관 자동차에서 중간단계인 하이브리드차를 거치고 나면 궁극적으로는 전기에너지만 사용하는 전기자동차로 진전될 것으로 전망된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차의 진화과정은 어떠한가?	자동차 기술은 탈석유화를 위한 진화과정을 거치고 있다. 자동차의 진화과정을 화석연료 의존도와 전기화를 기준으로 비교하면 석유에 전적으로 의존하는 내연기관 자동차에서 중간단계인 하이브리드차를 거치고 나면 궁극적으로는 전기에너지만 사용하는 전기자동차로 진전될 것으로 전망된다.
	전기자동차 충전인프라는 어떻게 구성되는가?	전기자동차 충전인프라라는 전원인프라와 충전인프라로 구성된다. 공동주택에서 전원인프라는 전기실 수전설비에서 주차장의 충전설비까지의 전력공급을 위한 간선 및 판넬 등으로 구성된다.
	본 연구에서 공동주택의 전기자동차 도입 시 충전기 이용률을 고려한 합리적인 충전설비를 구축하기 위해 계절, 요일, 시간대별 차량입고현황을 조사 분석한 결과 요약은 어떠한가?	1) 계절별, 요일별, 시간대별 차량입고현황은 오후 5시 이후 서서히 증가하여 오후 7시에는 가장 많은 차량이 입고되고 있음을 알 수 있었다. 따라서 전기자동차의 충전은 입고되는 시간부터 충전이 이루어 질 것으로 본다. 만약 7시대부터 자동차 충전이 이루어진다면 전력사용량이 가장 많은 저녁 9시에는 peak가 걸릴 것이다. 그러므로 peak 조정을 위한다면 자정 이후 오전 6시까지 충전이 이루어져야 할 것이므로 향후 스마트그리드에 의한 사용시간대별 사용전력요금이 달라질 것으로 예측되므로 충전기기 역시 충전하고자 하는 시간대의 조정이 가능한 충전기기가 생산되어져야 할 것이다.(현재 시중생산품은 시간대 조정이 불가능함.) 2) 공동주택의 전기자동차 충전설비 구축을 위한 데이터가 전무한 실정으로 충전기기별 1일 이용률을 예측하였다. 전기자동차 도입시기별로 3가지 case를 검토한 결과 도입기 2배, 보급확대기 1.5배가 적정하다고 판단 이용률을 고려한 충전설비를 산출하였다. 충전설비 구축은 전기자동차 보급추이와 맞물려 적정하게 보급 설치되어야 하는 바 이의 신중한 검토가 요구된다. 3) 향후 모델 아파트에 전기자동차 보급시 보급 확산이 원활할 경우 연차적으로 증가하여 2020년에는 충전기부하는 완속충전기 77대로 전력용량은 현 수전설비용량의 50[%]정도 부하가 증가될 것으로 예측된다. 보급 확산이 아주 원활할 경우에는 연차적으로 증가하여 2020년에는 충전기부하는 완속충전기 132대 급속충전기는 1대로서 전력 용량은 현 수전설비 용량의 90[%]정도 부하가 증가될 것으로 예측된다. 4) 충전인프라 구성 검토는 전원인프라를 구성하기 위하여 사전 검토, 조정되어져야 하는 필수적인 요소이다. 전원인프라 구성시는 여러 가지 요소를 검토하여야 한다. 충전기부하의 수용률 및 부등률을 얼마로 적용할 것인지? 전력공급설비를 연차적으로 어떻게 시설할 것인지? 충전은 어떤 시간대에 충전할 것인지? 이에 대한 향후 연구가 이루어져야 할 것이다. 또한 빠른 시일에 스마트그리드가 형성되어 소비자가 전기요금이 저렴한 시간대를 선택하여 충전할 수 있도록 하여야 할 것이며 이에 따라 적정한 충전기기의 개발과 보급이 이루어져야 할 것이다.

참고문헌 (8)

Ali Ipakchi, Farrokh Albuyeh, “Grid of the Future: Are We Ready to Transition to a Smart Grid?”, IEEE Power & Evergy Magazine, 2009.3.
전황수, 하영욱, 조병선, “주요 국가의 스마트 그리드 정책 동향”, 전자통신동향분석 제25권 제3호, 2010,6.

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고준호, “전기자동차와 충전인프라”, 한국도로학회 제 11권 제4호, 2009.12.
지식경제부, “전기자동차 활성화 방안”, 2009.10.
통계청, “자동차등록조사 보고서”, 2010.
한국전력공사, “KEPCO, 전기자동차 충전기 개발”, 한국전력공사 보도자료, 2010.1.
중앙제어(주), “전기자동차 충전설비시스템”, 2010.06.
한국전기연구원, “전기자동차 충전인프라 구축방안과 충전인프라 확산을 위한 기술적 과제”, 2008.10.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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